вопросы в пдф / вопрос 14
Вопрос№14 Водный обмен растений. Механизм поступления и передвижения воды по растению. Водообмен – это функция целого растения. Он складывается из 3 категорий процессов: поступление воды; передвижение воды и испарение воды. Формирование водообмена имело большое значение для эволюции растительного мира. Возникли не только новые формы растений, но и изменилась анатомия растений (у папоротников – возникли трахеиды; у покрытосеменных – сосуды – растворение поперечных перегородок м/ду члениками трахеид). Значение воды Вода – главный компонент активных растительных клеток (кл.). На еѐ долю приходится до 90% сырого веса кл. В зрелых растительных кл. большая часть воды содержится в центральной вакуоли (80-90%). 1. Вода явл. средой, в которой происходит диффузия растворѐнных в-в по клеткам. 2. Вода – удобное в-во для регуляции, как температуры самого растения, так и почвы. 3. Вода довольно мало сжимаема, и это подчѐркивает еѐ значение в поддержании формы растений. 4. Вода – прекрасный растворитель для полярных в-в. 5. Вода осущ-т связь м/ду почвой и атмосферой. 6. Вода – источник О 2 в водной среде. Н 2 воды используется для восстановления СО 2 . Формы воды Вода содержится в свободном и связанном состояниях. Свободная вода – это вода, сохранившая все св-ва жидкой воды. Она свободно передвигается, может испаряться и замерзать. Связанная вода – имеет изменѐнные физические св-ва. Поступление воды в растение Первой средой обитания растений была – вода. Проблем с водоснабжением небыло. Мхи и лишайники при малом своѐм размере поглощают воду всей поверхностью тела. При нехватке воды они впадают в состояние анабиоза. Часть высших растений поглощают атмосферную влагу – это, прежде всего — эпифиты. Поглощение атмосф. влаги характерно для большинства наземных растений. Основной орган поглощения воды – корневая система – это сильно разветвлѐнная сеть волосков – выросты эпиблемы. Корневые волоски увеличивают поглотительную поверхность в 10-15 раз. Поглощение воды растением и поднятие еѐ вверх осущ. при помощи 2 основных факторов: 1. Корневое давление (нижний концевой движитель). 2. Присасывающая сила транспирации (верхний концевой двигатель). Корневое давление Если надрезать растение невысоко от земли, то из стебля будут вытекать капельки жидкости – это явление наз-ся – плач растения, а выделившаяся жидкость – патокой. Механизм корневого давления
В сосуды ксилемы вода поступает, как и в корневой волосок благодаря осмотическому механизму. Это доказывается тем, что если во внешней среде создать осмот. концентрацию равную конц. раствора в клетке, то воды в клетку поступать не будет. Осмотическими активными в-ми в сосудах ксилемы явл. минеральные в-ва поступившие из вне и метаболиты, поступившие из листьев. Благодаря наличию ионных насосов, эти осмотически активные в-ва перекачѐвываются в ксилему, создавая сосущую силу. Т.о. в рез-те работы ионных насосов в корне и осмотическому поступлению воды в сосуды ксилемы, в них развивается гидростатическое давление – корневое давление. Оно обеспечивает поднятие ксилемного р-ра по сосудам ксилемы к надземным органам. Механизм поднятия воды по растению вследствие корневого давления наз-ся – нижнее концевое давление. Транспирация Это чисто физический процесс, кот., в свою очередь является физиологическим явлением. Транспирация (Т.) усложнена внутренним строение листа. В то же время на неѐ влияет возраст растения, физиологическое состояние и др. И сама Т. накладывает большой отпечаток на все стороны жизнедеят-ти зелѐного растения. Значение транспирации 1. Благодаря еѐ вода и минеральные в-ва передвигаются по растению. 2. Т. оказывает влияние на воздушное дыхание. 3. Предохраняет растение от перегрева. Степень открытости устьиц – основной механизм транспирации. При откр. устьицах общая поверхность устьичных щелей составляет 1-3% от общей пов-ти листа. Если S устьиц принять за 1%, то испарение должно уменьшиться в 100 раз, но на самом деле оно уменьшается в 2 раза. Здесь имеет место краевая диффузия. У стенок сосуда и у краѐв диффузия идѐт быстрее чем в середине этого сосуда, т.к. диффундирующие частицы быстро рассеиваются. Срединные молекулы сталкиваются и замедляют своѐ движение. Полное закрытие устьиц сокращает транспирацию примерно на 90%. Механизм передвижения воды по растению Под давлением атмосферы столб воды может подниматься не более чем на 100 м. Открыл этот механизм практик-лесовод. Этой силой явл. сосущая сила атмосферы, которая пораждается в рез-те очень низкой величины еѐ водного потенциала, который обуславливает непрерывное перемещение молекул воды в стволе дерева от клетки к клетке по градиенту концентрации. Однако нередко скорость испарения воды превышает скорость еѐ поступления, так как и клеточная стенка и эндодерма корня оказывают сопротивление току воды. В сосудах ксилемы присутствие так называемого отрицательного давления, т.е. натяжение. Явление кавитации не происходит, т.к. молекулы воды с силой притягиваются друг к другу (когезия) было открыто Диксоном в 1910 г. В сосудах ксилемы молекулы воды сильно связаны не только друг с другом, но и со стенками сосудов, т.к. они являются гидрофильными (адгезия). Когезия и адгезия являются необходимыми условиями поднятия воды по стеблю на 100 м.
Источник
Водообмен растений
Вода – обязательная составная часть живой материи. Роль воды в жизни растений проявляется во всех аспектах их жизнедеятельности. В тканях растений содержание ее колеблется в широких пределах: от 5 до 95 % от сырой массы тканей. Для процессов жизнедеятельности важным условием является не только общее содержание воды, но и ее состояние. Вода является и средой, и непосредственным участником большинства биохимических реакций.
Водный режим растений состоит из трех элементов: поглощение воды, ее передвижение и расходование (главным образом – в процессе транспирации). Нормальная обеспеченность клеток водой необходима для поддержания их оболочек в упругом состоянии, в состоянии тургора. Благодаря этому поддерживается форма органов растений со слабо развитой механической тканью. С изменением тургорного давления связаны и некоторые движения частей растений.
Вода способна переносить по растению как минеральные, так и органические соединения. Испарение воды (транспирация) служит основным средством терморегуляции у растений, так как удельная теплота испарения воды очень велика. Высокое поверхностное натяжение способствует передвижению воды по капиллярам.
Метаболизм и продуктивность растений в сильной степени зависят от состояния воды и ее баланса в тканях. Поэтому различные показатели водообмена часто служат предметом исследования. Настоящий раздел включает некоторые из них.
Работа 10. Зависимость набухания семян от характера запасных веществ
Материалы и оборудование: 1) семена пшеницы, гороха и других растений; 2) технические весы с разновесами; 3) химические стаканы на 100-200 мл (2 шт.); 4) марлевые салфетки 12×12 см; 5) фильтровальная бумага.
Краткий теоретический материал. При соприкосновении с влажным субстратом сухие семена быстро поглощают воду и увеличиваются в объеме благодаря набуханию белков, крахмала и других гидрофильных коллоидов, причем у некоторых семян возникает большое давление (до 100 МПа). В основе набухания лежит гидратация коллоидов — взаимодействие веществ с водой, приводящее к уменьшению ее подвижности. Главную роль в процессе набухания семян играют белки — наиболее гидрофильные вещества. Гидратация белков включает три процесса: 1) электронейтральную гидратацию путем образования водородных связей между атомами О и N полярных групп (карбоксильной, спиртовой, аминной, амидной и др.) и водородом воды (наиболее важный процесс, приводящий к значительному увеличению объема и повышению температуры); 2) ионную гидратацию – притяжение диполей воды ионизированными группами белка —СОО — и —NН3 + ; 3) иммобилизацию молекул воды, попадающих в замкнутые полости белковых глобул. Набухание белков имеет большое значение для биохимической активности клетки.
Задача данной работы – сравнение процесса набухания семян, отличающихся разным содержанием основных запасных веществ – крахмала и белка (в семенах пшеницы содержится в среднем около 16% белка и 70% крахмала, в семенах гороха – до 34% белка и 48% крахмала).
Ход работы. Навески (2-5 г) семян пшеницы, гороха или других растений завернуть в марлевые салфетки и погрузить в водопроводную воду, налитую в стаканчики. Через 3 ч (или через сутки) извлечь семена из марлевых мешочков, быстро обсушить фильтровальной бумагой и взвесить. Увеличение массы семян выразить в процентах от исходной.
Результаты записать в таблицу:
Источник
Раздел 2. Водный обмен растений
Растительные ткани содержат большое количество воды (в среднем 75…90 % массы растения). Особенно богаты водой сочные плоды, молодые корни и молодые листья (работа 10). Активное проявление жизнедеятельности без воды вообще невозможно. Это объясняется свойствами и ролью воды в живых клетках.
Вода в растениях находится как в свободном (с неизменными физико-химическими свойствами), так и связном состоянии (с измененными физико-химическими свойствами). Свободная вода содержится в клеточных стенках и проводящей системе растений. Связная вода составляет 10…15 % общего её содержания. Осмотически связная вода содержится в вакуолях клеток, коллоидно связная – в цитоплазме, каппилярно связная – в клеточных стенках, ксилеме, флоэме.
Вода обладает важными для процессов жизнедеятельности свойствами: высокой теплопроводностью, теплоемкостью и теплотой парообразования (охлаждение растения при транспирации); высокой растворяющей способностью; способностью диссоциировать на ионы (гидратирует белки, полисахариды, фосфолипиды, биоколлоиды и обеспечивают их пространственную конфигурацию и ориентацию в клеточных структурах); высокой реакционной способностью (участие в окислительно-восстановительных реакциях, гидролизе); электропроводностью (электрические свойства клеток).
Водный обмен растений складывается из процессов поглощения, передвижения и испарения воды.
Основным механизмом поглощения воды клетками является осмос (работа 11). Благодаря осмосу в клетках поддерживается тургорное давление, возникают другие осмотические явления (работа 12).
Важнейшим термодинамическим показателем, характеризующим состояние воды в растениях, является водный потенциал (работа 13), который являются алгебраической суммой четырех компонентов – осмотического потенциала (работа 14), матричного потенциала, потенциала давления и гравитационного потенциала. Градиент водного потенциала определяет направление транспорта воды в клетках, тканях, в системе почва-растения-атмосфера.
Функцию поглощения воды выполняет корневая система. Поглотительная способность корней зависит от их ростовой активности, степени ветвления, общей и рабочей адсорбирующей поверхности, обеспеченности органическими веществами. Основными внешними факторами, влияющими на поглощение воды корнями, являются температура и аэрация почвы.
Восходящий транспорт воды в растениях осуществляется под действием двух концевых двигателей: нижнего (корневое давление) и верхнего (транспирация). Вода передвигается как по живым клеткам (радиальный транспорт в корне, транспорт по клеткам листа), так и по проводящей системе (ксилеме). Направленный транспорт воды от корневых волосков к сосудам (радиальный транспорт в корне) способствует возникновению корневого давления. Проявлением корневого давления является плач растений – вытекание ксилемного сока из поврежденных стеблей или веток, и гуттация – выделение капельно-жидкой влаги в условиях высокой влажности воздуха через гидатоды, расположенные на кончиках или зубчиках листа.
Более 99 % поглощенной растениями воды испаряется. Процесс испарения воды растениями называется транспирацией. Главным органом транспирации является лист. Транспирация имеет важное физиологическое значение – обеспечивает охлаждение растений, способствует газообмену, транспорту минеральных веществ, является верхним концевым двигателем восходящего тока.
Для количественной характеристики водообмена используется ряд показателей: интенсивность транспирации (работы 15, 16, 18), относительная транспирация (работа 17), продуктивность транспирации, транспирационный коэффициент, водный дефицит (работа 19).
В посевах сельскохозяйственных культур эффективность использования воды характеризует эвапотранспирационный коэффициент, или коэффициент водопотребления, который рассчитывается как отношение эвапотранспирации (суммарного расхода воды с 1 га посева или насаждения за вегетацию) к созданной биомассе или хозяйственно-полезному урожаю.
Регуляция водообмена растений является одним из условий оптимизации их роста, развития и повышения продуктивности.
Источник